DE1282377B

DE1282377B - Keramischer Ventilsitz und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE1282377B
Application number: DE1965A0050311
Authority: DE
Inventors: Wm E Blodgett
Original assignee: American Radiator and Standard Sanitary Corp
Current assignee: American Radiator and Standard Sanitary Corp
Priority date: 1965-09-21
Filing date: 1965-09-21
Publication date: 1968-11-07

Description

Keramischer Ventilsitz und Verfahren zu dessen Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft keramische Ventilteile und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Teile.
Im einzelnen betrifft die Erfindung zunächst einen Ventilsitz mit einem 75% übersteigenden Gehalt an Aluminiumoxid.
Sie besteht darin, daß der Ventilsitz aus 85 bis 99% Aluminiumoxid, 1 bis 4% Talk und 0 bis 61/o Kaolin besteht.
Die keramischen Sitze gemäß der vorliegenden Erfindung können beispielsweise in Kugelhähnen als ein Ventileinsatz oder in Ventilen verwendet werden, die zwei Scheiben verwenden, von denen die eine starr und die andere drehbar ist, um den Flüssigkeitsstrom zu steuern.
Derartige keramische Ventilsitze sind billiger als solche durch Preßguß aus teuren, schwer schmelzbaren Metallen, wie z. B. Kobalt, Wolfram, Tantal oder Nickel, hergestellte.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung ist also die Schaffung billiger Ventilsitze und ein Verfahren zu deren Herstellung, bei dem die Ventilsitze aus einem keramischen Stoff hergestellt werden, der abrieb-, erosions-, korrosions- und verschleißfest ist.
Ferner ist es Ziel der Erfindung, einen keramischen Ventilsitz zu schaffen, der durch ein außerordentlich dichtes porenfreies Gefüge gekennzeichnet ist.
Bei den bisher bekanntgewordenen keramischen Ventilsitzen mit einem 75% übersteigenden Gehalt an Aluminiumoxid war es erforderlich, den Ventilsitz in einer Metallbewehrung zu fassen, weil die keramische Masse eine große Sprödigkeit hatte und daher ohne eine Metallbewehrung in auftretenden hohen Stoß- und Druckbeanspruchungen nicht widerstehen kann.
Der gemäß der Erfindung zusammengesetzte keramische Ventilsitz zeichnet sich demgegenüber durch gute Biegefestigkeit und hohen Elastizitätsmodul aus. Dabei hat er auch gute Temperaturschockbeständigkeit und ist abriebfest und hart. Seine Oberfläche läßt sich einwandfrei läppen und polieren. Die auf diese Weise hergestellte Oberfläche weist gute Beständigkeit auf.
Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung an Hand einer Zeichnung. In dieser ist Fig. leinsenkrechterSchnitteinerVentilanordnung mit einem erfindungsgemäß hergestellten Ventilsitz, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine in der Ventilanordnung gemäß Fig. 1 verwendete starre Ventilsitzscheibe, F i g. 3 eine Aufrißansicht der in F i g. 2 gezeigten Ventilsitzscheibe, F i g. 4 eine Draufsicht auf eine in der Ventilanordnung gemäß F i g. 1 verwendete drehbare Ventilsitzscheibe und F i g. 5 eine Aufrißansicht der in F i g. 4 gezeigten Ventilsitzscheibe.

Es wurde gefunden, daß ausgezeichnete Betriebseigenschaften und eine ungewöhnlich lange Lebensdauer der in der Zeichnung dargestellten Ventilanordnung erhalten werden können, wenn man die Scheiben oder Sitze 22 und 24 aus keramischem Werkstoff gemäß der Erfindung herstellt. Die Ventilsitze und Scheiben 22 und 24 können aus Mischungen im folgenden Bereich hergestellt werden:

Gehalts- Bevorzugte

Bestandteil bereich Zusammen-

setzung

(Angaben in Gewichtsprozent)

Aluminiumoxid,

,i .......... 85 bis 99 90,0

A120,

Talg, Mg0 - SiO., 1 bis 4 4,0

Kaolin (EPK),

At , . 2 Si02 ... 6,0

A,

Der leitende Faktor bei der Verwendung von Aluminiumoxid ist in erster Linie die Oberflächenbeschaffenheit. Massen, die weniger als 85% Aluminiumoxid enthalten, bilden zuviel Glas, das dazu neigt, beim Schleifen und Polieren Unebenheiten zu bilden. Ideal wäre ein Gehalt von 99"/o Aluminiumoxid, da dadurch die größte Stärke und die beste Oberflächenbeschaffenheit erhalten würde. Ein begrenzender Faktor ist jedoch die hohe Verarbeitungstemperatur von mindestens 17601 C.

Bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Ventilsitzen wird eine Mischung mit einer der obengenannten Zusammensetzungen in einer Kugelmühle zusammen mit einem Bindemittel, wie z. B. Polyvinylalkohol oder Methylzellulose, gemahlen. Die Mischung wird dann durch Zerstäubung getrocknet und mit Hilfe eines Schmiermittels, wie z. B. Wachs, gesiebt. Sodann wird. die Mischung in eine Tablettiermaschine eingeführt, und einzelne Ventilsitzeinheiten werden unter einem Druck von etwa 700 bis 1400 kg/cm2 ausgestanzt. Die Einheiten werden sodann bei der Sintertemperatur der bestimmten Mischung gesintert. Nach dem Sintern werden die Einheiten auf die gewünschten Abmessungen geschliffen und poliert.
Als ein Beispiel der erfolgreichen Durchführung der vorliegenden Erfindung sind Ventilsitze mit den folgenden Abmessungen nach dem oben beschriebenen Verfahren aus Mischungen mit den oben angegebenen bevorzugten Zusammensetzungen hergestellt worden. Die feststehenden Sitze 24 hatten einen Durchmesser von 15,875 mm, eine Dicke von 2,34 mm und Öffnungen mit einer Breite, von 2,07 mm. Die drehbaren Sitze 22 hatten einen Durchmesser von 15,75 mm, eine Dicke von 4,19 mm und Öffnungen miteiner Breite von 2,07 mm. Die starren Sitze wurden an dem Ventilgehäuse mit einem wärmehärtbaren Epoxydharz befestigt.
Anordnungen mit den Ventilsitzen gemäß der vorliegenden Erfladung wurden durch An- und Ab- drehen mit 820 C heißem Wasser unter einem Druck von 4,9 kg(cm2 geprüft. Ferner wurden sie auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturschock geprüft, indem abwechselnd Leitungswasser mit 25' C und heißes Wasser mit 821 C durch die Ventile geschickt wurde. Schließlich wurden sie einer hohen Konzentration von Sand und Messin-spänen ausgesetzt. Die Ventilsitze arbeiteten in vollständig zufriedenstellender Weise, wobei einige von ihnen fast 1400 000 Betätigungen erreichten, bevor sie ausfielen.
Als Einsatzstücke. können die erfindungsgemäß hergestellten Gegenstände auch dazu verwendet werden, eine Metallfläche zu schützen, mit der eine Dichtung hergestellt wird, indem eine Hartgummifläche, wie z. B. eine Unterlegscheibe, dagegengedrückt wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Ventilsitz mit einem 75% übersteigenden Gehalt an Aluminiumoxid, d a d u r c h g o k o n n -z e i c h ne t, daß er aus 85 bis 99 % Aluminiumoxi.d, 1 bis 4 % Talk und 0 bis 6 %. Kaolin besteht.
2. Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes nach Anspruch 1 durch Brennen einer gesintertes Aluminiumoxid enthaltenden und nach dem Gewinnungsprozeß zerkleinerten Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zusammen mit einem Bindemittel gemahlen wird, die gemahlene Mischung durch Zerstäuben getrocknet wird, die durch Zerstäuben getrocknete Mischung gesiebt und in eine Tablettiermaschine ein,geführt wird, und daß dann einzelne Einheiten unter einem Druck im Bereich von 700 bis 1400 kg/CM2 ausgestanzt wer-den, diese Einheiten gesintert werden, und daß die Einheiten auf die gewünschten Endabniessungen geschliffen und poliert werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 516599, 842571, 891953; deutsche Auslegeschrift Nr. 1024 302; französische Patentschrift Nr. 630 101.